Miniatyriserte beregningsspektrometre er avgjørende for on-chip og implanterbare applikasjoner. Svært følsom spektral måling ved bruk av en enkelt detektor gjør at fotavtrykkene til slike spektrometre kan skaleres ned mens man oppnår spektral oppløsning som nærmer seg oppløsningen til benchtopsystemer.
Forskere, inkludert en materialforsker fra Oregon State University, har laget et bedre verktøy for å måle lys. Denne fremgangen innen optisk spektrometri kan forbedre alt fra smarttelefonkameraer til miljøovervåking. Faktisk kom forskerne opp med et kraftig, ultralite spektrometer som passer på en mikrobrikke og betjenes med kunstig intelligens.
For å utvikle dette verktøyet brukte forskerne en relativt ny klasse av supertynne materialer kjent som todimensjonale halvledere. Det endelige resultatet er proof of concept for et spektrometer som kan utstyres med flere teknologier.
På grunn av sin fullstendige elektriske kontroll over fargene på lyset det absorberer, har verktøyet et enormt potensial for skalerbarhet og omfattende bruk.
Ethan Minot, professor i fysikk ved OSU College of Science, sa: «Vi har demonstrert en måte å bygge spektrometre på som er langt mer miniatyr enn det som vanligvis brukes i dag. spektrometre måle styrken til lyset ved forskjellige bølgelengder og er supernyttige i mange bransjer og alle vitenskapsfelt for å identifisere prøver og karakterisere materialer."
"Tradisjonelle spektrometre krever store optiske og mekaniske komponenter, mens den nye enheten kan passe på enden av en menneskehår. Den nye forskningen antyder at disse komponentene kan erstattes med nye halvledermaterialer og AI, slik at spektrometre kan skaleres dramatisk ned i størrelse fra de nåværende minste, som er omtrent på størrelse med en drue."
Hoon Hahn Yoon, som ledet studien med Aalto-universitetskollega Zhipei Sun Yoon sa, "Vårt spektrometer krever ikke å sette sammen separate optiske og mekaniske komponenter eller arraydesign for å spre og filtrere lys. Dessuten kan den oppnå en høy oppløsning som kan sammenlignes med benchtopsystemer, men i en mye mindre pakke."
Minot sa, "Det er spennende at spektrometeret vårt åpner muligheter for alle slags nye hverdagslige dingser og instrumenter for å gjøre ny vitenskap også."
«I medisin, for eksempel, blir spektrometre allerede testet for deres evne til å identifisere subtile endringer i menneskelig vev, for eksempel forskjellen mellom svulster og sunt vev. For miljøovervåking kan spektrometre oppdage hva slags forurensning er i luften, vann eller grunn, og hvor mye det er.»
"Det ville vært fint å ha rimelige, bærbare spektrometre som gjør dette arbeidet for oss. Og i utdanningsmiljøet ville praktisk undervisning i naturvitenskapelige konsepter være mer effektiv med rimelige, kompakte spektrometre.»
"Når arbeidet med todimensjonale halvledere skrider frem, vil vi raskt oppdage nye måter å bruke deres nye optiske og elektroniske egenskaper på. Forskning på 2D-halvledere har vært for alvor i bare et dusin år, og startet med studiet av grafen, karbon arrangert i et bikakegitter med en tykkelse på ett atom."
«Det er veldig spennende. Vi vil fortsette å ha interessante gjennombrudd ved å studere todimensjonale halvledere.
Tidsreferanse:
- Hoon Hahn Yoon et al. Miniatyriserte spektrometre med et avstembart van der Waals-kryss. Vitenskap. GJØR JEG: 10.1126/science.add8544
